(57)【要約】【課題】  Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の発光が安定して得られ、しかも簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できる積層体を提供すること。【解決手段】  各発光素子部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒに共通のガラス基板６上において、少なくとも３種の各発光素子部に共通の透明電極５を形成し、この透明電極上において各発光素子部を含む領域上に共通のホール輸送層形成材料層からなる各ホール輸送層４ａ、４ｂを形成し、これらの各ホール輸送層を含む領域上において、各発光素子部を含む領域上に共通の電子輸送層形成材料層からなる各電子輸送層２を形成し、更に、これらの各電子輸送層上に、各発光素子部のそれぞれのカソード電極１を透明電極に対向して形成し、青色発光素子部２１Ｂではホールブロック層３３を形成し、ホールブロック層３３のない緑色発光素子部２１Ｇを形成し、赤色発光素子部２１Ｒでは赤色発光層３２を形成していること。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子であって、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による発光を生じ、
前記積層体のうち第２の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性  発光層において電子−ホールの再結合による発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記第１の積層体において青色発光が得られる、請求項１に記載した電界発光素子。
【請求項３】
前記第２の積層体において緑色発光が得られる、請求項１に記載した電界発光素子。
【請求項４】
前記積層体のうち第３の積層体は、前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の一部として形成された赤色発光層を備え、前記赤色発光層において電子−ホールの再結合による赤色発光が得られる、請求項１に記載した電界発光素子。
【請求項５】
ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子であって、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による発光を生じ、
前記積層体のうち第２の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性  発光層において電子−ホールの再結合による発光を生じ、
前記積層体のうち第３の積層体は、前記ホール輸送性発光層及び前記輸送性発光層と  は異なる材料からなっていて前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の一部とし  て形成された発光層を備え、この発光層において電子−ホールの再結合による発光を生  じる
ことを特徴とする電界発光素子。
【請求項６】
ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子であって、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による青色発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子。
【請求項７】
ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子を製造する方法であって、
基体上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上において、少なくとも３種の前記積層体に共通のホール輸送性発光層  を形成する工程と、
前記積層体のうち第１の積層体の形成領域において、前記ホール輸送性発光層上にホ  ールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上及び前記ホールブロック層上に、少なくとも３種の前記積  層体に共通の電子輸送性発光層を形成する工程と、
前記電子輸送性発光層上に、第２電極を形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法。
【請求項８】
ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子を製造する方法であって、
基体上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上において、少なくとも３種の前記積層体に共通のホール輸送性発光層  を形成する工程と、
前記積層体のうち第１の積層体の形成領域において、前記ホール輸送性発光層上にホ  ールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上に赤色発光層を電子輸送性発光層の一部として形成する工  程と、
前記ホール輸送性発光層上、前記ホールブロック層上及び前記赤色発光層上に、少な  くとも３種の前記積層体の共通の電子輸送性発光層を形成する工程と、
前記電子輸送性発光層上に、第２電極を形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界発光素子及びその製造方法に関し、例えば、自発光の平面型ディスプレイであって、特に、有機薄膜を電界発光層に用いる有機電界発光カラーディスプレイ等の表示素子又は発光性デバイスに好適な電界発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディア指向の商品を初めとして、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、瞬時に、充分な量で取り出す必要があり、そのために、ディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。
【０００３】
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。
【０００４】
例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。
【０００５】
今日、液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとして、我々の日常使用する製品に多く用いられている。
【０００６】
これらの液晶ディスプレイは液晶が低電圧駆動、低消費電力であるという特徴を生かし、小型から大容量表示デバイスに至るまで、人間と機械のインターフェースとして、表示素子の中心として研究されてきた。
【０００７】
しかし、この液晶ディスプレイは自発光性でないため、バックライトを必要とし、このバックライト駆動に、液晶を駆動するよりも大きな電力を必要とするため、結果的に内蔵蓄電池等では使用時間が短くなり、使用上の制限がある。
【０００８】
更に、液晶ディスプレイは、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していないことも問題である。
【０００９】
また、液晶ディスプレイは、液晶分子の配向状態による表示方法であるので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまうのも大きな問題であると考えられる。
【００１０】
また、駆動方式から考えれば、駆動方式の一つであるアクティブマトリクス方式は、動画を扱うに十分な応答速度を示すが、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動回路を用いるため、画素欠陥により画面サイズの大型化が困難である。
【００１１】
液晶ディスプレイにおいて、別の駆動方式である単純マトリクス方式は、低コストである上に画面サイズの大型化が比較的容易であるが、動画を扱うに十分な応答速度を有していないという問題がある。
【００１２】
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。
【００１３】
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているが、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。
【００１４】
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり、駆動には数百Ｖ必要であり、実用性に欠けている。
【００１５】
しかし、技術の発展により、カラーディスプレイ表示に必要なＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の発光に成功はしているが、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難であり、フルカラー化は困難であると思われる。
【００１６】
一方、有機化合物による電界発光現象は、１９６０年代前半に、強く螢光を発生するアントラセン単結晶へのキャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であったため、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。
【００１７】
しかし、１９８７年にEastman Kodak 社のTangらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機薄膜電界発光素子を発表して以来、各方面で、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製方法等の研究開発が盛んに行われている。
【００１８】
さらに、有機材料の特徴であるが、分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する、有機電界発光表示素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。
【００１９】
有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子と称することがある。）は、１μｍ以下の膜厚であり、電流を注入することにより電気エネルギーを光エネルギーに変換して面状に発光するなど、自発光型の表示デバイスとして理想的な特徴を有している。
【００２０】
図３４は、従来の有機ＥＬ素子１０の一例を示す。この有機ＥＬ素子１０は、透明基板（例えばガラス基板）６上に、ＩＴＯ（Indium tin oxide）透明電極５、ホール輸送層４、発光層３、電子輸送層２、陰極（例えばアルミニウム電極）１を例えば真空蒸着法で順次成膜したものである（後記の特許文献１を参照）。
【００２１】
そして、陽極である透明電極５と陰極１との間に直流電圧７を選択的に印加することによって、透明電極５から注入されたキャリアとしてのホールがホール輸送層４を経て、また陰極１から注入された電子が電子輸送層２を経て移動し、電子−ホールの再結合が生じ、ここから所定波長の発光８が生じ、透明基板６の側から観察できる。
【００２２】
発光層３には、例えばルブレン、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン等の発光物質を使用してよい。これは、電子輸送層２に含有させることができる。
【００２３】
図３５は、別の従来例を示すものであり、発光層３を省略し、電子輸送層２に上記の如き発光物質を含有させ、電子輸送層２とホール輸送層４との界面から所定波長の発光１８が生じるように構成した有機ＥＬ素子２０を示すものである。
【００２４】
図３６は、上記の有機ＥＬ素子の具体例を示す。即ち、各有機層（ホール輸送層４、発光層３又は電子輸送層２）の積層体を陰極１と陽極５との間に配するが、これらの電極をマトリクス状に交差させてストライプ状に設け、輝度信号回路３４、シフトレジスタ内蔵の制御回路３５によって時系列に信号電圧を印加し、多数の交差位置（画素）にてそれぞれ発光させるように構成している。
【００２５】
従って、このような構成により、ディスプレイとしては勿論、画像再生装置としても使用可能となる。なお、上記のストライプパターンをＲ、Ｇ、Ｂの各色毎に配し、フルカラー又はマルチカラー用として構成することができる。
【００２６】
こうした有機ＥＬ素子を用いた、複数の画素からなる表示デバイスにおいて、発光する有機薄膜層２、３、４は一般に、透明電極５と金属電極１との間に挟まれており、透明電極５側に発光する。
【００２７】
【特許文献１】特開平８−２１３１７２号公報（第７欄３〜３０行目、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかし、上記のような有機ＥＬ素子は、なお未解決の問題を有している。
【００２９】
有機ＥＬ素子のカラーディスプレイへの応用を行う上で、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色の安定した発光は必要不可欠な条件であるが、そのデバイス化プロセスにおいてＲ、Ｇ、Ｂの３系統で全く異なる材料系を用いた場合は、特にＢ色の発光輝度、効率が不十分であり、また製造工程も煩雑となり、時間もかかってしまう。
【００３０】
本発明の目的は、簡略かつ低コストに製造でき、かつ高輝度、高効率で安定した発光が可能な素子構造を有する電界発光素子と、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明者は、上記のような実情を鋭意検討し、各色の発光領域を有する少なくとも３種の積層体において、できるだけ共通の材料を用いることにより、簡便かつ廉価にデバイスを作製できることをつきとめ、本発明に到達した。
【００３２】
即ち、本発明は、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子であって、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による発光を生じ、
前記積層体のうち第２の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性  発光層において電子−ホールの再結合による発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子に係るものである。
【００３３】
この電界発光素子において、前記第１の積層体において青色発光が得られ、前記第２の積層体において緑色発光が得られるように構成するのが望ましい（以下、同様）。
【００３４】
また、前記積層体のうち第３の積層体は、前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の一部として形成された赤色発光層を備え、前記赤色発光層において電子−ホールの再結合による赤色発光が得られるように構成するのが望ましい（以下、同様）。
【００３５】
また、発光領域がホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とにそれぞれ独立に存在する各積層体間で、ホール輸送性発光層及び電子輸送性発光層をそれぞれ共通の材料層で形成すれば、各色の発光色を呈する積層体を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになり、また、有効画素領域全面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性又は段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流も少なくすることができる（以下、同様）。
【００３６】
本発明はまた、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子であって、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による発光を生じ
前記積層体のうち第２の積層体は、前記ホール輸送性発光層と接する前記電子輸送性  発光層において電子−ホールの再結合による発光を生じ、
前記積層体のうち第３の積層体は、前記ホール輸送性発光層及び前記電子輸送性発光  層とは異なる材料からなっていて前記ホール輸送性発光層上に電子輸送性発光層の一部  として形成された発光層を備え、この発光層において電子−ホールの再結合による発光  を生じる
ことを特徴とする電界発光素子、及び、
前記積層体のうち第１の積層体は、前記ホール輸送性発光層と前記電子輸送性発光層  との間にホールブロック層を備え、前記ホール輸送性発光層において電子−ホールの再  結合による青色発光を生じる
ことを特徴とする電界発光素子を提供するものである。
【００３７】
また、本発明は、本発明の電界発光素子を再現性良く製造する方法として、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子を製造する方法であって、
基体上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上において、少なくとも３種の前記積層体に共通のホール輸送性発光層  を形成する工程と、
前記積層体のうち第１の積層体の形成領域において、前記ホール輸送性発光層上にホ  ールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上及び前記ホールブロック層上に、少なくとも３種の前記積  層体に共通の電子輸送性発光層を形成する工程と、
前記電子輸送性発光層上に、第２電極を形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法を提供するものである。
【００３８】
本発明は更に、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とを備えた積層体を少なくとも３種有し、少なくとも３色の発光色を呈する電界発光素子を製造する方法であって、
基体上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上において、少なくとも３種の前記積層体に共通のホール輸送性発光層  を形成する工程と、
前記積層体のうち第１の積層体の形成領域において、前記ホール輸送性発光層上にホ  ールブロック層を形成する工程と、
前記ホール輸送性発光層上に、赤色発光層を電子輸送性発光層の一部として形成する  工程と、
前記ホール輸送性発光層上、前記ホールブロック層上、及び前記赤色発光層上に、少  なくとも３種の前記積層体に共通の電子輸送性発光層を形成する工程と、
前記電子輸送性発光層上に、第２電極を形成する工程と
を有する、電界発光素子の製造方法も提供するものである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、前記した積層体のうち第１の積層体では、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間にホールブロック層を形成しているので、ホール輸送性発光層において電子−ホールの再結合を効率よく生じるようにホールブロック層においてホールの輸送を効果的に制御でき、これによって、ホールブロック層に隣接するホール輸送性発光層が発光して青色の光を高輝度、高効率で安定に放出することができる。そして、ホールブロック層が存在しない第２及び第３の積層体では、電子輸送性発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光、及び赤色発光層による赤色発光を生じるので、少なくとも青色、緑色及び赤色のフルカラー発光に対応できる電界発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の電界発光素子及びその製造方法においては、前記発光領域が有機化合物からなり、この発光領域を含む有機物質からなる前記積層体を少なくとも３種有し、これらの積層体の少なくとも１種がホールブロック層をホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間に有し、ホール輸送性有機材料中で電子−ホールの再結合による青色発光が得られることが望ましい。以下、ホール輸送性発光層を単にホール輸送層と称し、電子輸送性発光層を単に電子輸送層と称することがある。
【００４１】
このような電界発光素子によれば、上記のホール輸送性有機材料中で電子−ホールの再結合による発光が得られること（即ち、ホール輸送層が電子−ホールの再結合領域である発光層を兼ねた構造であること）によって、低電圧駆動でも安定かつ高輝度の発光、特に青色発光が可能になる。
【００４２】
従って、これまで、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないために困難な構造であると考えられてきた、電界発光素子（特に、低電圧駆動、自発光、薄型のアモルファス有機電界発光素子）において、ホール輸送層が発光層を兼ねると共に、長時間の安定した発光を与える長寿命な素子構造の電界発光素子を提供することができる。
【００４３】
即ち、ホール輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができ、特に、青色発光に関しては顕著であり、ＤＣ駆動で１００００ｃｄ／ｍ2以上、１／１００デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度５５０００ｃｄ／ｍ2以上を得ることが可能である。
【００４４】
また、青色発光素子以外でも、緑色発光、更にドーピングによる赤色発光、黄色発光、またドーピングによる色度の調節も可能である。これにより、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得ることができる有機電界青色発光素子を作製することが可能であり、材料開発における可能性と時間短縮、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができる。
【００４５】
本発明による電界発光素子及びその製造方法においては、前記発光領域が主として有機ホール輸送層であり、このホール輸送層中で前記再結合を起こすためのホールブロック層を有することが望ましい。
【００４６】
そして、前記ホールブロック層の最高占有分子軌道レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層（特に前記ホール輸送層及び前記電子輸送層）のそれぞれの最高占有分子軌道レベルのうちエネルギー的に低い方の最高占有分子軌道レベル以下にあることが望ましい。
【００４７】
また、前記ホールブロック層の最低非占有分子軌道レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層（特に前記ホール輸送層及び前記電子輸送層）のそれぞれの最低非占有分子軌道レベルのうちエネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道レベル以上にあり、かつエネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道レベル以下にあることが望ましい。
【００４８】
また、前記ホールブロック層は蛍光収率の低い非発光性材料からなっていることが望ましく、複数層の積層構造であってもよい。
【００４９】
更に、ホールブロック層は材料面で制限はないが、ホール輸送性発光層との界面でのエキサイプレックス（exciplex：２量体）の生成（即ち、発光効率の低下）を防止するためにも、蛍光収率の低い非発光性の材料であることが好ましい。
【００５０】
前記発光領域が短波長発光用のホール輸送性材料からなっているのがよい。また、前記ホールブロック層に使用可能な材料としては、図４に示すフェナントロリン誘導体が好適であり、具体的に例示すれば、例えば、図５に示す構造式１、図６に示す構造式２、図７に示す構造式３、図８に示す構造式４、図９に示す構造式５、図１０に示す構造式６、図１１に示す構造式７、図１２に示す構造式８、図１３に示す構造式９、図１４に示す構造式１０の各材料が挙げられる。
【００５１】
また、前記発光領域が有機化合物からなり、この発光領域を含む有機物質からなる前記積層体を少なくとも３種有し、これらの積層体の少なくとも１種において、電子輸送性有機材料中で電子−ホールの再結合による緑色発光が得られることが望ましい。
【００５２】
更に、前記発光領域が有機化合物からなり、この発光領域を含む有機物質からなる前記積層体を少なくとも３種有し、これらの積層体の少なくとも１種において、電子輸送性有機材料中で電子−ホールの再結合による赤色発光が得られることが望ましい。
【００５３】
上記のように、発光領域中で電子−ホールの再結合による青色発光を得るための有機層をホールブロック層として積層することにより、安定かつ高輝度で低電圧駆動のホール輸送性発光層を有する有機電界発光素子を得ることができると共に、このホールブロック層のない有機材料の積層領域では電子輸送層中で電子−ホールの再結合による赤色又は緑色発光を得ることができる、少なくともＲ、Ｇ、Ｂに対応できる優れた有機電界発光素子を提供することができる。
【００５４】
上記の素子は、光学的に透明な基体上に、透明電極、有機層（特に有機ホール輸送層、ホールブロック層、有機電子輸送層）及び金属電極が順次積層されているのが望ましい。
【００５５】
この場合、同一基体上で前記透明電極、前記有機層及び前記金属電極がマトリクスパターンを形成している有機電界発光素子として構成されているのがよい。
【００５６】
これにより、上記の素子は、好適な有機電界発光素子として構成され、カラーディスプレイ用の素子としても好適なものとなる。
【００５７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００５８】
＜第１の実施の形態＞
図３は、本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子２１の要部を示す概略断面図である。
【００５９】
本実施の形態による有機ＥＬ素子２１は、少なくとも３種類の各色発光用として、アモルファス有機薄膜の積層体からなる有機電界発光素子部２１Ｂ（青色）、２１Ｇ（緑色）、２１Ｒ（赤色）をそれぞれ共通のガラス基板６上に有したものである。
【００６０】
図３（Ａ）に示す青色発光素子部２１Ｂでは、ガラス基板６上にロウ又はライン電極としてＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎをドープしたインジウム酸化物等（以下、同様）からなる透明電極５をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、青色発光用のホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、ホールブロック層３３、電子輸送層（又は電子輸送性発光層）２、コラム電極としてのカソード電極１を真空蒸着法により積層している。
【００６１】
図３（Ｂ）に示す緑色発光素子部２１Ｇでは、ガラス基板６上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる上記透明電極５をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、上記のホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、緑色発光用の電子輸送層２、コラム電極としてのカソード電極１を真空蒸着法により積層し、上記のホールブロック層は設けない。
【００６２】
図３（Ｃ）に示す赤色発光素子部２１Ｒでは、ガラス基板６上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる上記透明電極５をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、ホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、赤色発光用の電子輸送層３２、電子輸送層２、コラム電極としてのカソード電極１を真空蒸着法により積層している。
【００６３】
図３の有機ＥＬ素子２１の特徴は、各発光素子部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒに共通のガラス基板６上において、少なくとも３種の各発光素子部に共通のロウ電極又はライン電極として透明電極５を形成し、この透明電極上において、各発光素子部を含む領域上に共通のホール輸送層形成材料からなる各ホール輸送層４ａ、４ｂを形成し、これらの各ホール輸送層を含む領域上において、各発光素子部を含む領域上に共通の電子輸送形成材料からなる各電子輸送層２を形成し、更に、これらの各電子輸送層上に、各発光素子部のそれぞれのカソード電極１を透明電極５に対向してマトリクス状パターンに形成していることである。但し、各発光素子部は特有の層構成を有しており、青色発光素子部２１Ｂではホールブロック層３３、赤色発光素子部２１Ｒでは赤色発光層３２をそれぞれストライプパターンに有している。
【００６４】
従って、各発光素子部においては、発光領域がホール輸送層４（４ａ、４ｂ）及び電子輸送層２をそれぞれ共通の材料で形成しているので、各色の発光色を呈するストライプ状の積層体（マトリクス）を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。しかも、有効画素領域全面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性又は段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流も少なくすることができる。
【００６５】
青色発光素子部２１Ｂは、ホール輸送層４が発光層としての性能を兼ね備えた構造として構成され、その基本構造は後述する他の実施の形態でも同様である。
【００６６】
本実施の形態の素子部２１Ｂの特徴は、上記のホールブロック層３３がホール輸送層４と電子輸送層２との間に挿入されて積層されているので、ホール輸送層４中での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層４での発光が得られることである。
【００６７】
図１５は、上記した本実施の形態（図３（Ａ））の積層構造をバンドモデルで模式的に示したものである。
【００６８】
図１５において、Ａｌ及びＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム）からなるカソード１及びＩＴＯ透明電極５の層に示した太線（Ｌ1、Ｌ2）は、それぞれのメタルの凡その仕事関数であり、これらの両電極間の各層においては上部の太線ｌ1、ｌ2、ｌ3、ｌ4及び数値はそれぞれの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のレベルを示し、下方の太線ｌ5、ｌ6、ｌ7、ｌ8及び数値はそれぞれの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のレベルを示している。但し、図１５中のエネルギーレベル値は一例であって、材質によって種々に変化するものである。
【００６９】
この有機ＥＬ素子においては、図１５に示すように、アノードとしての透明電極５から注入されたホールｈがホール輸送層４を経て移動し、一方、カソードの金属電極１から注入された電子ｅが電子輸送層２を経て移動し、この電子−ホールがホール輸送性発光層４において再結合して発光を生じる。
【００７０】
カソードとしての金属電極１から注入される電子ｅは、エネルギーレベルの低い方へ移動する性質があるため、金属電極１、電子輸送層２、ホールブロック層３３、ホール輸送性発光層４ｂ、ホール輸送層４ａの順に各層の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルｌ1〜ｌ4を経由してホール輸送性発光層４ｂ、４ａに到達することができる。
【００７１】
一方、アノードとしてのＩＴＯ透明電極５から注入されるホールｈは、エネルギーレベルの高い方へ移動する性質があるため、ホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、ホールブロック層３３の順に各層の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ5〜ｌ7を経由して電子輸送層２へ移動することができる。
【００７２】
しかし、図１５に示す如く、ホールブロック層３３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ7よりも電子輸送層２の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ8の方がエネルギー的に低いため、注入されたホールｈはホールブロック層３３から電子輸送層２へ移動し難くなり、ホールブロック層３３に充満するようになる。
【００７３】
この結果、ホールブロック層３３に充満したホールｈがホール輸送層４での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層４を構成するホール輸送性発光層４ａ、４ｂの発光材料を発光させることになる。
【００７４】
このように、ホールブロック層３３を設けることにより、ホール輸送層４において電子−ホールの再結合を効率よく生じるようにホールブロック層３３においてホールｈの輸送を効果的に制御している。そして、これにより発光するホール輸送性発光層４ａ、４ｂのうち、主としてホールブロック層３３に隣接するホール輸送性発光層４ｂによる発光にホール輸送性発光層４ａの発光も加わり、図２６の如き特定波長（青色）の光を放出する。
【００７５】
本来、カソード電極１からの電子の注入とアノード電極５からのホールの注入とにより、電子輸送層２及びホール輸送層４はそれぞれの層において電子−ホールの再結合が生じる。従って、上記の如ホールブロック層３３が存在しない場合には、電子輸送層２とホール輸送層４との界面において電子−ホールの再結合が生じ、長波長の発光しか得られない。しかし、本実施例の如くホールブロック層３３を設けることにより、発光性物質が含有されているホール輸送層４を発光領域として青色発光を促進させることが可能になる。
【００７６】
上記のように、ホールブロック層３３はホールｈの輸送を制御するためのものであり、このためには、ホールブロック層３３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が、ホール輸送性発光層４ｂ及び電子輸送層２の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルのエネルギー的に低い方のレベルの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベル以下にあり、かつ、ホールブロック層３３の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が、ホール輸送性発光層４ｂ及び電子輸送層２の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルの、エネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以上であり、エネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以下であればよく、上記の構成に限定されるものではない。
【００７７】
上記のホールブロック層３３は、種々の材質で形成できると共に、その厚みもその機能を保持することができる範囲で変化させてよい。その厚みは１Å〜１０００Å（０．１ｎｍ〜１００ｎｍ）とするのがよいが、厚みがあまり薄いと、ホールブロック能が不完全で再結合領域がホール輸送層と電子輸送層にまたがり易くなり、またあまり厚いと、膜抵抗の増加から発光しないことがある。
【００７８】
緑色発光素子部２１Ｇにおいては、上記のホールブロック層３３が設けられていないために、ホールが電子輸送層２内に進入し、電子−ホール再結合が電子輸送層２内で生じるため、この電子輸送層２が発光し、図２６の如き特定波長（緑色）の光を放出する。
【００７９】
赤色発光素子部２１Ｒにおいては、上記のホールブロック層３３の代わりに赤色発光層３２を設けているために、ホールがその発光層３２内に進入し、電子−ホール再結合が発光層３２内で生じるため、この発光層３２が発光し、図２６の如き特定波長（赤色）の光を放出する。
【００８０】
上記の有機ＥＬ素子２１は、図１６のような真空蒸着装置１１を用いて作製される。この装置の内部には、アーム１２の下に固定された一対の支持手段１３が設けられ、この双方の固定手段１３、１３の間には、透明ガラス基板６を下向きにし、マスク２２をセットできるステージ機構（図示省略）が設けられている。そして、ガラス基板６及びマスク２２の下方には、支軸１４ａに支持されたシャッター１４が配置され、その下方に所定個数の各種蒸着源２８を配置する。各蒸着源は、電源２９による抵抗加熱方式で加熱される。この加熱には、必要に応じてＥＢ（電子線）加熱方式等も使用される。
【００８１】
上記の装置において、マスク２２は画素用であり、シャッター１４は蒸着材料用である。そして、シャッター１４は支軸１４ａを中心に回動し、蒸着材料の昇華温度に合わせて、材料の蒸気流を遮断するためのものである。
【００８２】
マスク２２は実際には、図１７に示すように３種類使用し、適宜交換して各種成膜を所定パターンに行うものである。マスク２２ａを用いて上記のホール輸送層４を大開口２３ａを介して各素子部に共通に成膜した後、マスク２２ｂを用いてホールブロック層３３をスリット状開口２３ｂを介して青色発光素子部２１Ｂに所定パターンに形成し、次いでマスク２２ｃを用いて赤色発光層３２をスリット状開口２３ｃを介して赤色発光素子部２１Ｒに所定パターンに形成し、次いでマスク２２ａを用いて各素子部に共通に電子輸送層２を大開口２３ａを介して形成し、更にマスク（図示せず）を用いて各素子部にカソード電極１をそれぞれ所定パターンに形成する。
【００８３】
こうして、図１７に示すように、共通のガラス基板６上の透明電極５上に各発光素子部２１Ｂ、２１Ｇ、２１Ｒをそれぞれストライプ状に形成する。なお、これらのストライプは絶縁層（ここでは図示せず）によって各発光エリアに区分されている。このように、透明電極５上に同一パターンに各発光素子部を重ねて形成すると、カソード−アノード間のキャリア輸送性が向上し、両極間の電圧降下を減少させることができる。
【００８４】
図１及び図２は、上記の真空蒸着装置により作製した有機ＥＬ素子２１の具体例を示す図である。即ち、ガラス基板６上に、ライン電極となるＩＴＯ透明電極５を上記した真空蒸着装置により蒸着後に、コラム方向に沿ってＳｉＯ2２４を所定パターンに蒸着し、このＳｉＯ2間に透明電極５をそれぞれ画素パターンに露出させる。次いで、蒸着マスクを用いて各有機層４ａ、４ｂ、３３、３２、２及びカラム電極として金属電極１（例えばＬｉＦ層１ａとＡｌ層１ｂとの積層体）を順次コラム方向にストライプパターンに形成し、マトリクスを作製する。上記した蒸着マスク２２ａ、２２ｂ、２２ｃは有機層４、２、３３、３２の形成に用いる。なお、有機層３３、３２は透明電極５上にライン方向に形成したが、透明電極５と直交するカラム方向に形成してもよい。
【００８５】
この有機ＥＬ素子２１によれば、各発光素子部においては、発光領域がホール輸送層４（４ａ、４ｂ）と電子輸送層２（３２）にそれぞれ独立に存在し、各発光素子部間でホール輸送層４（４ａ、４ｂ）及び電子輸送層２をそれぞれ共通の材料層で形成しているので、各色の発光色を呈するストライプ状の積層体（マトリクス）を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。しかも、大面積で有機層４ａ、４ｂ、２を形成しているので、絶縁層２４上を含めて成膜性が向上し、カソード−アノード間の漏れ電流も少なく、安定した信頼性の高い性能を得ることができる。これは、図１（Ｂ）中に破線で示すように、絶縁層２４の上面を曲面状にすれば、更に一層効果が良好となる。
【００８６】
上記の真空蒸着装置１１においては、上記した図１及び図２のような画素を有するもの以外に、形状、サイズを変更することができ、多数の小さい画素を個々に、或いは大きい画素を単独に形成することもできる。
【００８７】
上記電界発光素子の透明電極、有機ホール輸送層、有機ホールブロック層、赤色発光層、有機電子輸送層及び金属電極は、それぞれが複数層からなる積層構造であってもよい。
【００８８】
また、上記電界発光素子における各有機層は、真空蒸着以外にも、昇華又は気化を伴う他の成膜方法或いはスピンコートやキャスト等の方法で形成してもよい。
【００８９】
また、上記した電界発光素子のホール輸送性発光層は、この素子の発光スペクトルの制御のために微量分子の共蒸着を行ってもよく、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体等の有機物質を微量含む有機薄膜であってもよい。
【００９０】
また、上記電界発光素子は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の発光に好適であるが、その他の発光色をも、使用する発光材料種によって得ることができる。
【００９１】
また、ホール輸送材料として使用可能な材料としては、ベンジジン又はその誘導体、スチリルアミン又はその誘導体、トリフェニルメタン又はその誘導体をはじめ、ポルフィリン又はその誘導体、トリアゾール又はその誘導体、イミダゾール又はその誘導体、オキサジアゾール又はその誘導体、ポリアリールアルカン又はその誘導体、フェニレンジアミン又はその誘導体、アリールアミン又はその誘導体、オキサゾール又はその誘導体、アントラセン又はその誘導体、フルオレノン又はその誘導体、ヒドラゾン又はその誘導体、スチルベン又はその誘導体、またはポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。
【００９２】
具体的には、α−ナフチルフェニルジアミン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン、４，４’，４”−トリメチルトリフェニルアミン、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００９３】
また、電子輸送性材料として使用可能な材料としては、キノリン又はその誘導体、ペリレン又はその誘導体、ビススチリル又はその誘導体、ピラジン又はその誘導体等が挙げられる。
【００９４】
具体的には、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン又はこれらの誘導体等が挙げられる。
【００９５】
また、赤色発光用材料としては、ＢＳＢ−ＢＣＮの他、上記電子輸送材料中にＤＣＭ、ＤＣＭ２、Ｎｉｌｅ  Ｒｅｄ、フェノキサジン等をドープしたものが挙げられる。
【００９６】
上記電界発光素子のアノード電極、カソード電極等の使用材料にも制限はない。
【００９７】
カソード電極材料については、効率良く電子を注入するために、電極材料の真空準位からの仕事関数の小さい金属を用いるのが好ましく、アルミニウム−リチウム合金以外にも、例えば、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、銀、カルシウム、バリウム、リチウム等の低仕事関数金属を単体で、または他の金属との合金として安定性を高めて使用してもよい。
【００９８】
また、アノード電極側から有機電界発光を取り出すため、後述する実施例はアノード電極には透明電極であるＩＴＯを用いたが、効率良くホールを注入するために、アノード電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えば金、二酸化スズ−アンチモン混合物、酸化亜鉛−アルミニウム混合物の電極を用いてもよい。
【００９９】
また、発光材料を選択することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色を発光するフルカラー用、又はマルチカラー用の有機電界発光素子を作製することができる。その他、本発明はディスプレイ用としてだけでなく、光源用としても使用可能な有機電界発光素子に適用できると共に、他の光学的用途にも適用することができる。
【０１００】
なお、上記した有機電界発光素子は、安定性を高めるためにゲルマニウム酸化物等で封止を行って大気中の酸素等の影響を排してもよく、また真空に引いた状態で素子を駆動してもよい。
【０１０１】
＜第２の実施の形態＞
図２４は、本発明の第２の実施の形態による青色発光素子部２１Ｂの要部を示す概略断面図である。
【０１０２】
本実施の形態による有機ＥＬ素子では、図３の素子と比べて、ＩＴＯ透明電極５上に、ホール輸送性発光層４ｂを形成し、ホール輸送性発光層を単層に形成していることが異なっている。それ以外の緑色発光素子部２１Ｇ、赤色発光素子部２１Ｒは、図３の素子と同様である。
【０１０３】
＜第３の実施の形態＞
図２５は、本発明の第３の実施の形態による青色発光素子部２１Ｂの要部を示す概略断面図である。
【０１０４】
本実施の形態による有機ＥＬ素子では、図３の素子と比べて、ＩＴＯ透明電極５上に、ホール輸送層（ホール輸送性発光層を兼ねる）４ａを形成し、上記した第２の実施の形態と同様にホール輸送性発光層を単層に形成している。それ以外は、上記した第２の実施の形態と同様である。
【実施例】
【０１０５】
以下、本発明を実施例について更に詳細に説明する。
【０１０６】
実施例１
本実施例による有機ＥＬ素子２１の具体的な構成をその製造方法に基づいて説明する。
【０１０７】
まず、３０ｍｍ×３６ｍｍ、１２組のＲ、Ｇ、Ｂストライプの単純マトリクスを作製するために、５３ｍｍ×５３ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を幅１．１５ｍｍ、間隔０．１ｍｍで３６本形成し、コラム側にはＳｉＯ2の真空蒸着により絶縁層２４を幅０．５ｍｍ、間隔１．０ｍｍで３１本形成した。従って、１つの有機電界発光素子作製用のセルの発光領域は１．０ｍｍ×１．１５ｍｍであり、開口率は６０．８％となった。
【０１０８】
そして、上記のＩＴＯ透明電極５上に、開口部２３ａの面積が４０．０ｍｍ×４８．０ｍｍのマスク２２ａを用い、ＩＴＯ電極５を含む全体にホール輸送層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris(３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１８の構造式のもの）を蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/secで真空蒸着法により真空下で３０ｎｍの厚みに蒸着した。
【０１０９】
次に、このホール輸送層４ａ上に、ホール輸送性発光層４ｂとして、α−ＮＰＤ（α−naphtylphenyldiamine：図１９の構造式のもの。これは図２０（Ａ）のα−ＰＰＤ又は図２０（Ｂ）のα−ＴＰＤ、図２０（Ｃ）のＴＰＤでもよい。）を５０ｎｍの厚みに真空蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）して、発光性を有した２層構造のホール輸送層４を形成した。
【０１１０】
次に、このホール輸送層４上に、面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍであるストライプ状開口２３ｂを１２本有するマスク２２ｂに交換して、ＩＴＯ電極５の発光領域である１．１５ｍｍ×４８．０ｍｍのストライプパターンに、図４に示す一般式で表されるフェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthroline：図６の構造式２で示されるもの）をホールブロック層３３として、透明電極５上に２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１１１】
次に、ホール輸送層４上に、面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍであるストライプ状開口２３ｃを１２本有するマスク２２ｃに交換して、ＩＴＯ電極５の発光領域である１．１５ｍｍ×４８．０ｍｍのストライプパターンに、ＢＳＢ−ＢＣＮ（図２３の構造式で示されるもの）を電子輸送性赤色発光材料層３２として、透明電極５上に２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１１２】
その後、マスク開口部２３ａの面積が４０．０ｍｍ×４８．００ｍｍのマスク２２ａに交換し、電子輸送層又は電子輸送性発光層２としてＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aluminum：図２１の構造式のもの）を４０ｎｍの厚みに真空蒸着した。
【０１１３】
次に、開口部の面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍのマスクに交換し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金：Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）を約０．５ｎｍの厚みに、更にＡｌを約２００ｎｍの厚みに真空蒸着して、図１に示したＲ、Ｇ、Ｂ対応の有機ＥＬ素子２１を作製した。
【０１１４】
次に、この実施例による有機ＥＬ素子について、素子の特性を測定し、その結果を示す。
【０１１５】
図２６は、図１に示した実施例１による有機ＥＬ素子２１の分光特性を示すグラフである。即ち、ホールブロック層として機能するバソクプロインを有する発光領域では最大発光波長は４６０ｎｍ、ＣＩＥ色度座標上での座標は（０．１５５，０．１１）であり、良好な青色発光を呈した。これは、発光スペクトルの形状からα−ＮＰＤからの発光であることは明らかであった。また、バソクプロインのない発光部位は、電子輸送性発光材料であるＡｌｑ3からの発光が得られ、最大発光波長５２０ｎｍ、ＣＩＥ（０．３３，０．５５）の良好な緑色発光が得られた。α−ＮＰＤとＡｌｑ3 の間にＢＳＢ−ＢＣＮを蒸着したストライプの部位は、最大発光波長６３５ｎｍ、ＣＩＥ（０．６０，０．３９）の良好な赤色発光を得ることができた。
【０１１６】
そして輝度は、図２７に示す如く、青色発光部位では、電流密度５００ｍＡ／ｃｍ2において１００００ｃｄ／ｍ2であり、また、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。緑色発光部位では、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2において７０００ｃｄ／ｍ2であり、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は１．１ｌｍ／Ｗであった。赤色発光部位では、電流密度５００ｍＡ／ｃｍ2において５６００ｃｄ／ｍ2であり、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は０．０３ｌｍ／Ｗであった。
【０１１７】
更に、この有機ＥＬ素子をデューティ比１／１００でパルス駆動したところ、電流密度５５００ｍＡ/cm2の時に、直流駆動に換算するとピーク輝度５５０００cd/m2であり、十分に実用に耐えることのできる高性能で高輝度の青色発光素子部を作製することができた。
【０１１８】
実施例２
本実施例による有機ＥＬ素子２１の具体的な構成をその製造方法に基づいて説明する。
【０１１９】
まず、３０ｍｍ×３６ｍｍ、１２組のＲ、Ｇ、Ｂストライプの単純マトリクスを作製するために、５３ｍｍ×５３ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を幅１．１５ｍｍ、間隔０．１ｍｍで３６本形成し、コラム側にはＳｉＯ2の真空蒸着により絶縁層２４を幅０．５ｍｍ、間隔１．０ｍｍで３１本形成した。従って、１つの有機電界発光素子作製用のセルの発光領域は１．０ｍｍ×１．１５ｍｍであり、開口率は６０．８％となった。
【０１２０】
そして、上記のＩＴＯ透明電極５上に、開口部２３ａの面積が４０．０ｍｍ×４８．０ｍｍのマスク２２ａを用い、ＩＴＯ電極５を含む全体にホール輸送層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris(３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１８の構造式のもの）を蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/secで真空蒸着法により真空下で３０ｎｍの厚みに蒸着した。
【０１２１】
次に、このホール輸送層４ａ上に、ホール輸送性発光層４ｂとして、α−ＮＰＤ（α−naphtylphenyldiamine：図１９の構造式のもの。これは図２０（Ａ）のα−ＰＰＤ又は図２０（Ｂ）のα−ＴＰＤ、図２０（Ｃ）のＴＰＤでもよい。）を５０ｎｍの厚みに真空蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）して、発光性を有した２層構造のホール輸送層４を形成した。
【０１２２】
次に、このホール輸送層４上に、面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍであるストライプ状開口２３ｂを１２本有するマスク２２ｂに交換して、ＩＴＯ電極５の発光領域である１．１５ｍｍ×４８．０ｍｍのストライプパターンに、図４に示す一般式で表されるフェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthroline：図６の構造式２で示されるもの）をホールブロック層３３として、透明電極５上に２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１２３】
次に、ホール輸送層４上に、面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍであるストライプ状開口２３ｃを１２本有するマスク２２ｃに交換して、ＩＴＯ電極５の発光領域である１．１５ｍｍ×４８．０ｍｍのストライプパターンに、ＤＣＭ２（図２２の構造式で示されるもの）とＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aliminum：図２１の構造式のもの）とをＤＣＭ２のモル比が０．５〜１％となるように、電子輸送性赤色発光材料層３２として、透明電極５上に２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に共蒸着した。
【０１２４】
その後、マスク開口部２３ａの面積が４０．０ｍｍ×４８．００ｍｍのマスク２２ａに交換し、電子輸送層又は電子輸送性発光層２としてＡｌｑ3（８−hydroxy quinoline aluminum：図２１の構造式のもの）を４０ｎｍの厚みに真空蒸着した。
【０１２５】
次に、開口部の面積が１．１６ｍｍ×４９ｍｍのマスクに交換し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金：Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）を約０．５ｎｍの厚みに、更にＡｌを約２００ｎｍの厚みに真空蒸着して、図１に示したＲ、Ｇ、Ｂ対応の有機ＥＬ素子２１を作製した。
【０１２６】
次に、この実施例による有機ＥＬ素子について、素子の特性を測定し、その結果を示す。
【０１２７】
即ち、実施例１による有機ＥＬ素子２１と同様、ホールブロック層として機能するバソクプロインを有する発光領域では最大発光波長は４６０ｎｍ、ＣＩＥ色度座標上での座標は（０．１５５，０．１１）であり、良好な青色発光を呈した。これは、発光スペクトルの形状からα−ＮＰＤからの発光であることは明らかであった。また、バソクプロインのない発光部位は、電子輸送性発光材料であるＡｌｑ3からの発光が得られ、最大発光波長５２０ｎｍ、ＣＩＥ（０．３３，０．５５）の良好な緑色発光が得られた。α−ＮＰＤとＡｌｑ3の間にＤＣＭ２とＡｌｑ3を共蒸着したストライプの部位は、最大発光波長６４５ｎｍ、ＣＩＥ（０．６６，０．３４）の良好な赤色発光を得ることができた。
【０１２８】
そして輝度は、青色発光部位では、電流密度５００ｍＡ／ｃｍ2において１００００ｃｄ／ｍ2であり、また、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。緑色発光部位では、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2において７０００ｃｄ／ｍ2であり、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は１．１ｌｍ／Ｗであった。赤色発光部位では、電流密度２５０ｍＡ／ｃｍ2において１６０ｃｄ／ｍ2であり、電流密度１ｍＡ／ｃｍ2の時の発光効率は０．０４ｌｍ／Ｗであった。
【０１２９】
実施例３
本発明の第３の実施例による有機ＥＬ素子をその製造方法に基づいて説明する。
【０１３０】
本実施例による有機ＥＬ素子では、ホール輸送層４ａを設けず、ホール輸送性発光層４ｂとしてα−ＮＰＤ（α−naphtyl phenyl diamine：図１９の構造式のもの。これは、図２０（Ａ）のα−ＰＰＤ又は図２０（Ｂ）のα−ＴＰＤ又は（Ｃ）のＴＰＤでもよい。）を真空蒸着法により真空下で例えば５０ｎｍの厚みに蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）しており、ホール輸送性発光層を単層に形成したこと以外は第１の実施例と同様である。
【０１３１】
図２８は、図２４に示した実施例３による有機ＥＬ素子の分光特性を示すグラフである。
【０１３２】
この実施例の場合は、最大発光波長（吸収ピーク）は約４６０ｎｍであり、またＣＩＥ色度座標上での座標は（0.155 ，0.11）であり、良好な青色発光を呈した。緑色発光及び赤色発光については、図２６と同様であった。
【０１３３】
そして、図２９に示す如く、電流密度４００ｍＡ/cm2での輝度は１４００cd/m2であった。
【０１３４】
発光スペクトルの形状から、青色発光部位ではα−ＮＰＤからなるホール輸送性発光層４ｂからの発光であることは明らかであった。
【０１３５】
しかも、図３０のしきい値電圧特性に示す如く、電圧が５Ｖ位までは電流は殆ど流れず、５Ｖを過ぎて徐々に流れ始め、６Ｖ過ぎから急速に流れ出す。即ち、低電圧駆動が可能であると共に、しきい値電圧特性が良好であることを示している。
【０１３６】
実施例４
本発明の第４の実施例による有機ＥＬ素子をその製造方法に基づいて説明する。
【０１３７】
本実施例による有機ＥＬ素子では、ホール輸送性発光層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris(３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１８の構造式のもの）を真空蒸着法により、真空下で５０ｎｍの厚みに蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）しており、上記した第３の実施例と同様にホール輸送性発光層を単層に形成した。
【０１３８】
図３１は、図２５に示した実施例４による有機ＥＬ素子の分光特性を示すグラフである。
【０１３９】
この実施例の場合は、最大発光波長（吸収ピーク）は約５００ｎｍであり、またＣＩＥ色度座標上での座標は（0.26，0.47）であり、良好な緑色発光を呈した。赤色発光については、図２６と同様であった。
【０１４０】
そして、図３２に示す如く、青色発光部位では、電流密度１１０ｍＡ/cm2での輝度は２８０cd/m2であった。
【０１４１】
発光スペクトルの形状から、ｍ−ＭＴＤＡＴＡからなるホール輸送性発光層４ａからの発光であることは明らかであった。
【０１４２】
図３３に示す電圧：輝度特性からも、低電圧での駆動が可能であり、輝度が良好である。
【０１４３】
上記したことから明らかなように、本発明に基づく各実施例１〜４の有機ＥＬ素子は、ホールブロック層３３をホール輸送性発光材料４ａ及び／又は４ｂと電子輸送層２との間に設けることにより、ホール輸送層での電子−ホールの再結合が十分となって発光層を兼ねることができ、効率の高い安定した発光を得ることができる。
【０１４４】
また、実施例１、２の如き青色発光だけでなく、実施例４で示したような緑色発光や、更にはドーピングによる赤色発光、ドーピングによる色度の調節も可能であった。
【０１４５】
上記した各実施例により、既存の材料を用いても、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得られる有機ＥＬ素子を作製することが可能であることが示され、材料開発における可能性と時間短縮を実現でき、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができるものと考えられる。
【０１４６】
本発明は、上述した如く、積層体のうち第１の積層体は、ホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間にホールブロック層を備えているので、ホール輸送性発光層において電子−ホールの再結合を効率よく生じるようにホールブロック層においてホールの輸送を効果的に制御でき、これによって、ホールブロック層に隣接するホール輸送性発光層が発光して青色の光を放出することができる。即ち、ホールブロック層をホール輸送性発光層と電子輸送性発光層との間に挿入する構造によって、従来、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないことで困難な構造であると考えられてきた、ホール輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができる。特に、青色発光に関しては顕著であり、ＤＣ駆動で１００００ｃｄ／ｍ2以上、１／１００デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度５５０００ｃｄ／ｍ2以上を得ることが可能である。
【０１４７】
また、ホールブロック層が存在しない第２及び第３の積層体では、電子輸送性発光層において電子−ホールの再結合による緑色発光、及び赤色発光層による赤色発光を生じるので、少なくとも青色、緑色及び赤色のフルカラーの発光に対応できる電界発光素子を提供することができる。
【０１４８】
そして、発光領域がホール輸送性発光層と電子輸送性発光層とにそれぞれ独立に存在する各積層体間で、ホール輸送性発光層及び電子輸送性発光層をそれぞれ共通の材料で形成すれば、各色の発光色を呈する積層体を簡便なプロセスで容易かつ低コストに作製できることになる。また、有機画素領域前面に、上記共通の各層を大開口マスクで形成することにより、成膜性または段差被覆性が良好となり、カソード−アノード間の漏れ電流を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明は、例えば、自発光の平面型ディスプレイであって、特に、有機薄膜を電界発光層に用いる有機電界発光カラーディスプレイ等の表示素子又は発光性デバイスに好適な電界発光素子及びその製造方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明による有機ＥＬ素子の例の要部についてアノードと直交する断面図（Ａ）、アノードに沿う断面図（Ｂ）（（Ａ）の（Ｂ）−（Ｂ）線断面図）である。
【図２】同、有機ＥＬ素子の概略分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図であって、（Ａ）は青色発光素子部、（Ｂ）は緑色発光素子部、（Ｃ）は赤色発光素子部である。
【図４】同、ホールブロック層に使用可能なフェナントロリン誘導体の一般式を示す図である。
【図５】同、フェナントロリン誘導体の構造式１を示す図である。
【図６】同、フェナントロリン誘導体の構造式２を示す図である。
【図７】同、フェナントロリン誘導体の構造式３を示す図である。
【図８】同、フェナントロリン誘導体の構造式４を示す図である。
【図９】同、フェナントロリン誘導体の構造式５を示す図である。
【図１０】同、フェナントロリン誘導体の構造式６を示す図である。
【図１１】同、フェナントロリン誘導体の構造式７を示す図である。
【図１２】同、フェナントロリン誘導体の構造式８を示す図である。
【図１３】同、フェナントロリン誘導体の構造式９を示す図である。
【図１４】同、フェナントロリン誘導体の構造式１０を示す図である。
【図１５】同、実施の形態による有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示すバンドモデル図である。
【図１６】同、実施の形態に使用する真空蒸着装置の概略断面図である。
【図１７】同、実施の形態に使用する蒸着マスクと作製された有機ＥＬ素子の概略平面図である。
【図１８】同、実施の形態に使用するｍ−ＭＴＤＡＴＡ（ホール輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図１９】同、実施の形態に使用するα−ＮＰＤ（ホール輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図２０】同、実施の形態に使用可能な他のホール輸送性発光材料を示し、（Ａ）はα−ＰＰＤの構造式、（Ｂ）はα−ＴＰＤの構造式、（Ｃ）はＴＰＤの構造式を示す図である。
【図２１】同、実施の形態に使用したＡｌｑ3 （電子輸送材料）の構造式を示す図である。
【図２２】本発明の実施例に使用したＤＣＭ２（電子輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図２３】本発明の他の実施例に使用したＢＳＢ−ＢＣＮ（電子輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図である。
【図２６】本発明の第１の実施例による有機ＥＬ素子の分光特性を示すグラフである。
【図２７】同、第１の実施例による有機ＥＬ素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図２８】本発明の他の実施例による有機ＥＬ素子の分光特性を示すグラフである。
【図２９】同、他の実施例による有機ＥＬ素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図３０】同、他の実施例による有機ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図３１】本発明の他の実施例による有機ＥＬ素子の分光特性を示すグラフである。
【図３２】同、他の実施例による有機ＥＬ素子の電流−輝度特性を示すグラフである。
【図３３】同、他の実施例による有機ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図３４】従来の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図３５】同他の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図３６】同有機ＥＬ素子の具体例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１…金属電極（カソード）、２…電子輸送層、４…ホール輸送層、
４ａ、４ｂ…ホール輸送性発光層、５…ＩＴＯ透明電極（アノード）、６…ガラス基板、１０、２０、２１…有機ＥＬ素子、２１Ｒ…赤色発光素子部、２１Ｇ…緑色発光素子部、
２１Ｂ…青色発光素子部、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…蒸着マスク、２４…絶縁層、３２…赤色発光層、３３…ホールブロック層、ｅ…電子、ｈ…ホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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